PCB板材特性參數(shù)詳解

1、基材詳解 基材原材料分類 基本的特性參數(shù)及詳解 基材分類及選擇基材原材料PCB板原材板原材料料Copper clad laminate board(CCL)preimpregnate materials (PP)銅箔 樹脂（膠液）玻璃布纖維 玻璃布纖維 壓延銅箔 電解銅箔 酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂，聚四氟乙烯，聚酰亞胺，三嗪和/或馬來酰亞胺樹脂等 .常用環(huán)氧樹脂。組成：樹脂，固化劑，固化溶濟(jì)，膠液劑，固化劑加速劑。纖維素紙，E-玻璃纖維布，聚芳酰胺纖維紙，S-纖維布等。常用E-玻璃纖維樹脂（膠液）基材原材料生產(chǎn)流程銅箔 按照銅箔的不同制法可分為壓延銅箔和電解銅箔兩大類。（1）壓延銅箔是將銅板經(jīng)過多次

2、重復(fù)輥軋而制成的原箔（也叫毛箔），根據(jù)要求進(jìn)行粗化處理。由于壓延加工工藝的限制，其寬度很難滿足剛性覆銅板的要求，所以在剛性覆銅板上使用極少；由于壓延銅箔耐折性和彈性系數(shù)大于電解銅箔，故適于柔性覆銅箔上； （2）電解銅箔是將銅先溶解制成溶液，再在專用的電解設(shè)備中將硫酸銅電解液在直流電的作用下，電沉積而制成銅箔，然后根據(jù)要求對(duì)原箔進(jìn)行表面處理、耐熱層處理和防氧化等一系列的表面處理。樹脂 基板材料生產(chǎn)過程中，高分子樹脂（Polymer Resin)是重要的原料之一。 主要功能是：作為銅箔與玻璃纖維布之間的粘合劑。 種類：根據(jù)不同類型的基板要求，可以采用不同的樹脂，常用的有：酚酫樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰

3、胺甲醛樹脂，聚酯樹脂以及一些特殊樹脂如PI、PTFE、BT、PPE。環(huán)氧玻纖布基板（FR-4,FR-5) （1）環(huán)氧玻纖布覆銅板強(qiáng)度高，耐熱性好，介電性好，基板通孔可金屬化，實(shí)現(xiàn)雙面和多層印刷層與層間的電路導(dǎo)通，環(huán)氧玻纖布覆銅板是覆銅板所有品質(zhì)中用途最廣、用量最大的一類。廣泛用于移動(dòng)通訊，數(shù)字電視，衛(wèi)星，雷達(dá)等產(chǎn)品中。在全世界各類覆銅板中，紙基覆銅板和環(huán)氧玻纖布覆銅板約占92% （2）在NEMA標(biāo)準(zhǔn)中，環(huán)氧玻纖布覆銅板有四種型號(hào)：G10(不組燃）、G11(保留熱強(qiáng)度，不阻燃）、FR-4（阻燃）、FR-5(保留熱強(qiáng)度，阻燃）。目前環(huán)氧玻纖布覆銅板中，F(xiàn)R-4板用量占90%以上，它已經(jīng)發(fā)展成為可適

4、用于不同用途環(huán)氧玻纖布覆銅板的總稱；半固化片存在方式： （1）片狀：以張為單位，規(guī)格一般是16*18 16*21 18*24 12*18等標(biāo)準(zhǔn)尺寸。 （2）卷狀：以卷為單位，規(guī)格一般是1.26*200m/卷，1.26*300m/卷，也有1.26m*125碼/卷，1.26m*250碼/卷等 1碼=0.9144米 半固化片的特性參數(shù)（一）RC含量是如何影響PCB板？層壓時(shí)，板邊溢膠會(huì)導(dǎo)致板邊介質(zhì)厚度較板中間薄，板邊與板中間介質(zhì)厚度差異受固化片含膠量影響，含膠量越高，板邊與板中間厚度差越大，且板邊與板中間介質(zhì)層厚度差異還會(huì)導(dǎo)致板邊介電常數(shù)高于板中間。（？）板邊介質(zhì)厚度小，介電常數(shù)偏大均會(huì)導(dǎo)致阻抗偏小

5、。A.不同半固化片壓合后距板邊不同距離介質(zhì)厚度的情況：B.介電常數(shù)差異情況半固化片主要由樹脂和增強(qiáng)材料組成，其介電常數(shù)為各組分的介電常數(shù)分別乘以體積比的和為總介電常數(shù)，可表示為：Er=V1XE1+V2XE2 下圖實(shí)際測(cè)試板邊與板中間介電常數(shù)Dk偏差。C.距板邊不同距離的阻抗測(cè)試結(jié)果D.距板邊不同距離銅厚度差異AMD在SCC制板所使用主要板材中Tg（中Tg135,高Tg175):IT158,S1150G,Megtron-4 材料特性參數(shù)（二）A.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg（Glass Transition Temperature) :非晶聚合物有三種力學(xué)狀態(tài)，它們是玻璃態(tài)，高彈態(tài)和粘流態(tài)。在溫度較低時(shí)，

6、材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會(huì)發(fā)生非常小的形變，此狀態(tài)為玻璃態(tài)，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到一定范圍后，材料形變明顯增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間形變相對(duì)穩(wěn)定，為高彈態(tài)，當(dāng)溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大，材料逐漸變成粘性的流體，此時(shí)形變不可能恢復(fù)，此狀態(tài)為粘流態(tài)。我們把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，它所對(duì)應(yīng)的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。目前用于玻璃化溫度測(cè)定的熱分析方法主要為差熱分析（DSC）。以DSC為例，當(dāng)溫度逐漸升高，通過高分子聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，DSC曲線上的基線向吸熱方向移動(dòng)（見圖）。圖中A點(diǎn)是開始偏離基線的點(diǎn)。將轉(zhuǎn)變前后的基線延長(zhǎng)，兩線之間的垂直距離為階差J，在J/2

7、 處可以找到C點(diǎn)，C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度值即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。還有動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析（DMA），熱機(jī)械分析（TMA），核磁共振法（NMR）等.層數(shù)多，厚度厚和面積大的高性能板，在焊接時(shí)，需要有更多的熱容量，才能保證焊接的可靠性，否則采用常規(guī)PCB的焊接溫度和焊接時(shí)間，會(huì)造成“虛焊”。而且使用無鉛爆料焊接時(shí)，焊接溫度還會(huì)增加20-30，增加焊接時(shí)間。B.B. 基材的熱分解溫基材的熱分解溫度度Td(Td(thermal thermal decomposition decomposition temperature)temperature): : 它表示印制板基材的熱分解溫度，是指基材的樹脂受熱失重5時(shí)

8、的溫度，作為印制板的基材受熱引起分層和性能下降的標(biāo)志。常采用熱重量分析法（TGA）來測(cè)量。C.C.熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)CTECTE( (Coefficient Coefficient of thermal of thermal expansion)expansion)： 描述了一個(gè) PCB 受熱或冷卻時(shí)膨脹或收縮的一個(gè)百分率 ，其單位溫度上升之間引起的基板材料尺寸的線性變化。PCB在X.Y方向受玻璃布的鉗制，CTE不大，目前普便情況在11-15之間。主要關(guān)注的是板厚Z方向。Z軸CTE采用熱機(jī)分析法（TMA）來測(cè)量。1-CTE：Tg以下熱膨脹系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)最高為60ppm/。2-CTE：Tg以上熱膨

9、脹系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)最高為300ppm/.CTE對(duì)PCB的影響主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1）對(duì)焊接可靠性的影響： 當(dāng)焊錫，基材以及元器件CTE整體失配的情況下在焊接的過程中元器件的位置會(huì)發(fā)生移動(dòng)，在熱環(huán)境作用下元器件越大影響越大。 膨脹失配主要取決于： CTE不匹配的差值，環(huán)境溫度的波動(dòng)范圍以及膨脹位移. 整體膨脹失配會(huì)對(duì)焊點(diǎn)產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力并導(dǎo)致疲勞，從而使焊點(diǎn)失效特別是角部結(jié)合處焊點(diǎn)。另外引腳剛度越大，越會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，無引腳的連接形式剛性更大，長(zhǎng)引腳可以通過自身材料的塑性變形調(diào)整形狀，所以熱膨脹失配導(dǎo)致的位移或變形不會(huì)直接傳遞到焊點(diǎn)，而表貼引腳是一種極限，會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹失配情況。2）對(duì)層間對(duì)位度的

10、影響：提高層間對(duì)準(zhǔn)度3）對(duì)導(dǎo)通孔可靠性的影響：避免引起孔壁斷裂,焊盤剝離，內(nèi)層銅撕裂，樹脂凹縮。如下圖所示CTE降低導(dǎo)通孔的可靠性表現(xiàn)在以下方面針對(duì)以上情況我們?cè)趺唇鉀Q？1）對(duì)材料的CTE進(jìn)行協(xié)調(diào)來減小整體熱膨脹失配?；?，焊料和器件組合考慮，最優(yōu)CTE差為1-3ppm/,因?yàn)槠骷?，只能?duì)可靠性風(fēng)險(xiǎn)影響最大的元器件考慮。2）增加連接柔順性，對(duì)于表貼器件增加焊點(diǎn)厚度或者換成插件，減小引腳的潤(rùn)濕長(zhǎng)度來減小界面處應(yīng)力。3）填充器件與基板之間的空隙。4）對(duì)過孔做thermal relief,減少對(duì)孔壁的應(yīng)力。對(duì)于溫度變化太大的情況，比如每分鐘溫升30以上，即使完全匹配也會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)失效.D.D.熱分

11、層時(shí)間（熱分層時(shí)間（Time to Delamination):Time to Delamination): 分層時(shí)間為CCL耐熱性的一個(gè)重要性能指標(biāo)，俗稱T260/T288，T260/T288表示采用穩(wěn)定在260高溫條件下測(cè)試板材的抗爆板時(shí)間。T288代表最高溫度為288采用熱分析法（TMA）來進(jìn)行測(cè)試，觀察在強(qiáng)熱環(huán)境下能夠抵抗Z軸膨脹多久而不致裂開。目前中Tg以下標(biāo)準(zhǔn)是T260 30分鐘，T288是5分鐘。高Tg是T260 30分鐘，T288 15分鐘，T300為2分鐘。E.E.介介質(zhì)質(zhì)常數(shù)常數(shù)DkDk(Dielectric Constant/Permittivity):(Dielectr

12、ic Constant/Permittivity): 介電常數(shù)是指每單位體積的絕緣物質(zhì)在每單位電位梯度下所能儲(chǔ)蓄靜電能量的多少，同義詞是電容率（Permittivity)，介電常數(shù)與電容的關(guān)系如下圖。 原外加電場(chǎng)（真空中）與介質(zhì)中電場(chǎng)的比值即為相對(duì)介電常數(shù)(relative permittivity或dielectric constant)又稱誘電率。介電常數(shù)是相對(duì)介電常數(shù)與真空中絕對(duì)介電常數(shù)乘積。 Dk為介質(zhì)常數(shù)，A為平行板上下重疊的面積，d為介質(zhì)厚度介介電常數(shù)對(duì)電常數(shù)對(duì)PCBPCB板性能有什么影響板性能有什么影響？1)介電常數(shù)與信號(hào)傳輸速度的關(guān)系：C為光速，r為有效相對(duì)介電常數(shù)，從中可以看

13、到介質(zhì)中信號(hào)的傳輸速度與r的平方根成反比。延伸出介電常數(shù)與信號(hào)沿微帶線和帶狀線的延時(shí)關(guān)系。從下圖的公式我們可以大概的計(jì)算出PCB走線在不同層面大概延時(shí)時(shí)間。微帶線的傳輸延時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算公式：埋入式微帶線和帶狀線傳輸延時(shí)簡(jiǎn)化公式 2）介電常數(shù)與阻抗的關(guān)系單微帶線介電常數(shù)與阻抗的簡(jiǎn)化公式：條件：B-(T+H)小于0.05mm, 0.1W/H3, 0.115單帶狀線介電常數(shù)與阻抗的簡(jiǎn)化公式：條件:W/H2,T/H氰酸酯基CEM-3基材G-10基材FR-4和PI基材環(huán)氧樹脂/芳酰胺纖維布基材聚酯基材.測(cè)試條件：85/85%/50V-100V,條件下測(cè)試1000小時(shí)后保持絕緣電阻在5X108 歐姆以上。H.

14、相對(duì)漏電起痕指數(shù)CTI（Comparative Tracking index) 材料表面能經(jīng)受住50滴電解液（0.1%氯化銨水溶液）而沒有形成漏電痕跡的最高電壓值，單位為V。 聚合物絕緣材料有著特殊的電氣破壞現(xiàn)象，即聚合物絕緣材料表面在特定的條件下會(huì)發(fā)生電痕劣化現(xiàn)象，并且可以導(dǎo)致電痕破壞。電痕破壞是指當(dāng)材料表面存在潮濕與污穢、電場(chǎng)足夠大時(shí)，表面將有漏電流產(chǎn)生，在電流的焦耳熱作用下，水分被蒸發(fā)，隨著材料表面液膜的分離形成的縫隙（稱為干燥帶）。在干燥帶形成瞬間液膜間場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到放電場(chǎng)強(qiáng)而導(dǎo)致放電，放電產(chǎn)生的熱量使材料表面局部碳化，由于碳化生成物的導(dǎo)電率高，此處的電場(chǎng)密度集中于該碳化部分，引起放電的重復(fù)

15、發(fā)生，在其周圍產(chǎn)生更多的碳化物，形成碳化導(dǎo)電路，并向電極方向伸展，最終導(dǎo)致短路。基材特性（三）A.體積電阻率(Volume Resistivity) 體積電阻率，是材料每單位體積對(duì)電流的阻抗，用來表征材料的電性質(zhì)。通常體積電阻率越高，材料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說的電阻率即為體積電阻率，單位是歐姆.厘米。B.表面電阻率(Surface Resistivity) 該參數(shù)用于厚度一定的薄膜材料,其定義為表面上單位長(zhǎng)度的直流壓降與單位寬度流過電流之比.單位是歐姆。 C.介質(zhì)擊穿(Dielectric Breakdown) 加在電介質(zhì)上的電場(chǎng)強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，電介質(zhì)的絕緣性能完全喪失的現(xiàn)

16、象?；慕^緣性發(fā)生不可逆的破壞，使絕緣擊穿的最低臨界電壓。D.耐電強(qiáng)度（Electric Strength) 材料在電場(chǎng)作用下，發(fā)生擊穿時(shí)所能承受最高的電場(chǎng)強(qiáng)度:通常用試樣擊穿電壓值與其厚度(兩電極板間試樣平均厚度，涂料為漆膜)之比表示，單位為kV/mmE.剝離強(qiáng)度(Peel Strength) 指裁出一定寬度的銅箔，將銅箔剝離PP所需要的拉力與拉起的銅箔寬度的比值。F.吸水率（water Absorption) 是表示物體在正常大氣壓下吸水程度的物理量，用百分率來表示。G.可燃性（Flammability) 它用來評(píng)價(jià)材料在被點(diǎn)燃后熄滅的能力。 阻燃等級(jí)由HB，V-2，V-1向V-0逐級(jí)遞增。 V-0是對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后，火焰在30秒內(nèi)熄滅。不能有燃燒物掉下。H.耐電弧性(Ar